*Corresponding author: Young Gyu Phee, Tel: 053-819-1590, Fax: 053-819-1208, E-mail: [email protected] Faculty of Health Science, Daegu Haany University. 1 Hannydae-ro, Gyeongsan-si, Gyeongbuk 38610 Received: December 15, 2015, Revised: December 20, 2015, Accepted: December 23, 2015
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial
License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in http://dx.doi.org/10.15269/JKSOEH.2015.25.4.584
토공사 현장에서 발생하는 공기 중 석영의 노출 평가
성은창1ㆍ배혜정1ㆍ정종현2ㆍ피영규2*
1대구한의대학교 산업보건연구소, 2대구한의대학교 보건학부
Exposure Assessment of Airborne Quartz from Earthwork Sites
Eun Chang Sung1·Hye Jeong Bae1·Jong-Hyoen Jung2·Young Gyu Phee2*
1Institute for Industrial Health, Daegu Haany University
2Faculty of Health Science, Daegu Haany University
ABSTRACT
Objectives: The purpose of this study was to evaluate quartz concentrations in airborne total and respirable dusts.
Materials: Respirable dust samples were collected using a 10 mm aluminum cyclone equipped with a 37 mm5 ㎛ pore size PVC filter. Total dust samples were collected with a three stage cassette from three work sections at earthwork sites located in the South Chungcheong-do Province area.
Results: The geometric means of quartz concentrations were 0.008 ㎎/㎥ and 0.004 ㎎/㎥ in total dust and respirable dust, respectively.
The geometric means of quartz contents analyzed by FTIR were 3.74% in total dust and 3.16% in respirable dust. The geometric mean of quartz concentrations and contents in secondary blasting operations were higher than those in other operations.
Conclusions: Given that secondary blasting operations had higher quartz concentrations, there is a need to reduce respirable dust, such as through wet operations.
Key words: concentration, earthwork, quartz
I. 서 론
최근 들어 건설업은 재개발과 재건축, 대형건물의 신축공사, 도로공사 등과 같은 건설공사의 증가로 인 해 비산분진 등에 대한 문제가 흔하게 대두되고 있 다(Yu, 2002). 특히 건설현장 중 비산분진이 가장 많 이 발생하는 공사는 토사를 굴착하고 운반하는 작업 이 이루어지는 부지조성공사와 토공사이다(Yu et al., 2004). 이 중 토공사는 건설공사에 있어 가장 기본적 인 작업인 흙파기, 흙막이, 운반, 되메우기 등의 과정 을 통하여 지하구조물 등을 구축하기 위한 공사이며, 가장 먼저 시행되는 공정은 굴착공사이다(Han et al., 2003). 미국 직업안전보건청(Occupational Safety and
Health Administration, OSHA)에 따르면 굴착공사 시 흙을 깎고 작업환경에 따라 돌을 발파하게 되는데 콘크리트 또는 이와 유사한 물질을 분쇄, 드릴링, 연 삭 및 절단공정에 근로자들은 결정형 규산에 노출될 수 있다고 보고하고 있다(OSHA, 2009).
이러한 결정형 규산 중 가장 대표적인 물질인 석영 이 함유된 호흡성분진에 노출될 경우 진폐증의 한 종 류인 규폐증이 발생되며(Weber & Banks, 1994;
Hogan, 1995), 악성종양 및 만성폐쇄성 폐질환, 자가 면역 질환 등도 유발 가능성이 있다(MoEL, 2005). 이 에 국제암연구기구(International Agency for Research on Cancer, IARC)에서는 석영 등을 포함한 결정형 규 산 동형이성체를 인체 발암물질(Group 1)로 분류하고
있으며(IARC, 1997), 미국 산업위생전문가 협의회 (American Conference of Governmental Industrial Hygienist, ACGIH)에서도 인체 발암의심물질(A2)로 구분하고, 석영의 노출기준을 호흡성분진으로서 0.025 ㎎/㎥로 권고하고 있다(ACGIH, 2015). 우리나 라도 현재 석영을 호흡성분진으로 사람에게 충분한 발암성 증거가 있는 물질인 발암성 1A로 분류하고 있으며 노출기준은 ACGIH보다 다소 높은 0.05 ㎎/㎥
로 제시하고 있다(MoEL, 2013b).
한편, 미국에서는 석영 등 결정형 규산의 노출로 인한 사망자 10% 정도가 건설업 종사 근로자로 알 려져 있다(KOSHA, 2010). 최근에는 우리나라 건설 업에서도 진폐증이 발생되고 있는데 2011년에는 52 명, 2012년에는 60명이 직업병자로 보고된 바 있다 (MoEL, 2012; MoEL, 2013a).
이런 이유로 외국의 경우 건설현장의 시멘트 분진 에 대한 개인 노출평가(Peters et al., 2009), 건설공사 현장에서의 결정형 규산의 노출 수준(Radnoff et al., 2014) 등 다양한 연구가 진행되어져 왔다(Mieke et al., 2001; Woskie et al., 2002). 그러나 국내에서 석영 의 노출수준과 관련된 연구는 1980년대부터 주 대상 이 석탄 광업이었으며(Choi et al., 1987, Song & Lee, 1994), 제조업의 경우 주물, 요업, 시멘트 및 콘크리 트 등 여러 사업장을 대상으로 노출평가가 수행되었 다(Jeoung et al., 1995; Phee et al., 1997; Kim et al., 1998; Kim et al., 1999; Bae et al., 2013).
그러나 석영에 노출되는 건설업 근로자가 다수임 에도 불구하고 공사 진행에 따라 작업공정 종류와 장소가 수시로 변화되는 업종의 특성상 국내에서는 토공사 현장에서 발생하는 공기 중 석영에 대한 노 출평가는 아직 수행된 바 없다.
따라서 본 연구는 토공사 현장에서 발생하는 분진 과 석영의 노출수준을 파악하여 근로자의 건강보호 와 적절한 관리방안을 마련하기 위한 기초자료를 제 공하는데 목적이 있다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 연구 대상
본 연구는 2014년 8월부터 10월까지 세종시에 위 치한 건설현장의 토공사 3개의 작업 구간을 대상으
로 하였으며, 현장에서는 발파 전 천공 작업, 운반 작업 그리고 소할 작업이 진행되고 있었다. 천공 작 업장에는 천공기 1대와 작업을 감독, 보조하는 근로 자가 배치되어 있었고, 운반은 굴삭기, 덤프트럭이 작업을 수행하고 있었으며, 소할 작업은 브레이커 1 대로 공사가 진행되고 있었다.
2. 연구 방법
1) 공기 중 분진의 채취
총분진은 미국 국립산업안전보건연구원(National Institute of Occupational Safety & Health, NIOSH)의 0500 공정시험법을 활용하여 PVC 여과지(Poly Vinyl Chloride, SKC, USA, 직경 37 mm, 공극 5 ㎛)를 3단 카세트(3-piece cassette) 홀더에 장착하여 채취하였고 (NIOSH, 1994), 호흡성분진은 NIOSH 0600 공정시험 법에 따라 PVC 여과지를 2단 카세트에 담아 알루미 늄 사이클론(Aluminum cyclone, SKC, USA)에 장착 하여 사용하였다(NIOSH, 1998). 고유량 펌프(GilAir- 3RC, Gilian, USA)에 3단 카세트 및 사이클론을 연결 하여 작업공정에서 근로자의 작업 위치로부터 최대 한 가까운 지점을 선정하여 작업시간 동안 분진을 채 취하였다. 시료 채취 시 유량은 총분진 2 ℓ/min, 호흡 성분진 2.5 ℓ/min 이었고, 측정 전·후에는 건식유량 보정계(Defender 510, BIOS, USA)로 유량을 확인하 여 평균값을 활용하였다.
2) 시료의 분석
(1) 분진의 중량 분석
총분진 및 호흡성분진이 채취된 여과지의 중량은 시 료 채취 전·후 데시게이터(OH-3S, AS ONE, Japan)에서 24시간 이상 건조시켜 수분을 제거한 후 정확도 0.01
㎎의 전자저울(CPA225D, Sartorius, Germany)을 이용 하여 3회 이상 칭량한 후 평균값을 사용하였다.
(2) 분진 중 석영의 분석
석영의 분석은 NIOSH의 7602 방법을 가급적 준용하 였다(NIOSH, 2003). 미국표준과학연구소(National Institute of Standard & Technology, NIST)의 표준물질(Standard Reference Material, SRM) 1878a(Respirable quartz, NIST, USA)와 KBr(160-8010, PIKE, USA)를 혼합하여 펠렛(Pellet)화 하였고 7개 농도수준으로 검량선을 작
Process N* Total dust Respirable dust
GM†(GSD‡) Mean±S.D.§ Min Max GM(GSD) Mean±S.D. Min Max
Boring 3 0.356(1.488) 0.374±0.130 0.226 0.469 0.191(3.301) 0.279±0.244 0.052 0.537 Carrying 4 0.132(2.656) 0.174±0.119 0.035 0.286 0.091(1.748) 0.102±0.054 0.046 0.172 Secondary blasting 2 0.197(1.133) 0.198±0.025 0.181 0.216 0.132(1.413) 0.136±0.046 0.103 0.169 Total 9 0.201(2.188) 0.246±0.137 0.035 0.469 0.127(2.177) 0.169±0.153 0.046 0.537
*N : Number of samples †GM : Geometric Mean
‡GSD : Geometric Standard Deviation §S.D. : Standard Deviation
Table 2. Quartz concentrations in airborne dusts by process (Unit : ㎍/㎥)
Process N* Total dust Respirable dust
GM†(GSD‡) Mean±S.D.§ Min Max GM(GSD) Mean±S.D. Min Max
Boring 3 0.009(1.416) 0.010±0.004 0.007 0.014 0.005(2.473) 0.007±0.006 0.002 0.013 Carrying 4 0.005(3.403) 0.007±0.005 0.001 0.012 0.003(2.753) 0.003±0.001 0.001 0.006 Secondary blasting 2 0.013(1.566) 0.013±0.006 0.009 0.017 0.007(1.042) 0.007±0.001 0.007 0.007 Total 27 0.008(2.439) 0.009±0.005 0.001 0.017 0.004(2.416) 0.005±0.004 0.001 0.013
Table 1. Airborne dust concentrations by process (Unit : ㎍/㎥)
성하였다. PVC 여과지는 도가니에 넣어 뚜껑을 덮은 후 회화로에서 650℃로 2시간 동안 필터 내 유기물을 회화시킨 후, KBr 200 ㎎을 막자사발을 사용하여 시료 와 혼합하였다. 혼합된 시료를 13 ㎜ die를 사용하여 펠렛을 만들어 FTIR(Cary 640, Agilent, USA)로 1500
㎝-1～400 ㎝-1까지 주사하였고, 799 ㎝-1에서 석영의 흡 광도를 측정하였다.
3. 자료의 분석
조사한 자료들의 통계분석은 SPSS(Version 20.0K, USA) 프로그램을 사용하였다. 공기 중 총분진, 호흡 성분진 및 석영 농도는 Sapiro-Wilk의 정규성 검정결 과 대수정규분포를 보여 기하평균과 기하표준편차로 제시하였고, 참고적으로 산술평균과 표준편차도 수 록하였다. 또한, 토공사 현장 내의 공정별 총분진, 호 흡성분진, 석영 농도 및 석영함유량을 비교하기 위하 여 Kruskal-Wallis 검정을 실시하였으며, 석영 농도에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위하여 다중회귀분 석을 수행하였다.
Ⅲ. 연구결과
1. 토공사 현장의 일반적 특성
토공사 현장 내 분진을 채취한 공정은 천공 3공정,
운반 4공정, 소할 2공정이었다. 조사기간 동안 파악한 현장온도는 평균 21.5℃(범위 17.5℃∼30℃)이었으며, 상대 습도는 평균 54.2%(범위 35%∼71%)로 나타났다.
2. 총분진 및 호흡성분진의 농도
토공사 현장에서 발생한 공기 중 총분진 기하평균 농도는 0.201 mg/㎥이었으며, 공정별로는 천공공정 0.356 mg/㎥, 운반공정 0.132 mg/㎥ 및 소할공정 0.197 mg/㎥로 천공공정이 운반공정과 소할공정에 비해 높게 나타났으나 통계적으로 유의한 차이는 없 었다(Table 1). 또한, 공기 중 호흡성분진 농도는 기 하평균 0.127 mg/㎥이었으며, 공정별로는 천공공정 0.191 mg/㎥, 운반공정 0.091 mg/㎥ 및 소할공정에서 0.132 mg/㎥로 천공공정이 가장 높은 농도를 보였지 만 역시 통계적 유의성은 없었다.
3. 분진 중 석영의 농도
토공사 현장에서의 총분진 중 석영농도 분석결과 기하평균은 0.008 mg/㎥이었으며, 공정별로는 천공 공정(0.009 mg/㎥) 및 운반공정(0.005 mg/㎥)에 비해 소할공정이 0.013 mg/㎥로 가장 높았지만 유의한 차 이는 없었다(Table 2). 호흡성분진 중 석영의 기하평 균 농도는 0.005 mg/㎥이었고, 공정별로는 천공공정 이 0.007 mg/㎥, 운반공정 0.003 mg/㎥, 소할공정에
Process N* Total dust Respirable dust
GM**(GSD†) Mean±S.D.‡ Min Max GM(GSD) Mean±S.D. Min Max
Boring 3 2.645(1.310) 2.707±0.670 1.936 3.176 2.629(2.624) 3.357±2.218 0.868 5.130 Carrying 4 3.709(4.025) 7.063±8.729 0.667 19.941 2.827(3.152) 4.575±5.196 0.739 12.253 Secondary blasting 2 6.350(1.770) 6.875±3.727 4.244 9.507 5.225(1.470) 5.420±2.037 3.982 6.856 Total 9 3.735(2.584) 5.569±5.919 0.667 19.941 3.163(2.484) 4.357±3.543 0.739 12.253
Table 4. Factors affecting the quartz concentration in respirable dusts
Dependent variable Independent variable β t-value p-value Model R-square
Quartz concentrations in respirable dust
Temperature(℃) -0.096 -0.359 0.738
0.5329
Relative humidity(%) -0.871 -3.005 0.040
Process
Carrying -0.454 -1.500 0.208
Secondary blasting -0.420 -1.271 0.273
Boring Reference group
Table 3. Quartz contents in dusts analyzed by FTIR (Unit : %)
서는 0.007 mg/㎥로 큰 차이를 보이지 않았다.
4. 분진 중 석영의 함유량
채취한 총분진 시료의 석영함유량은 기하평균 3.735%이었고, 공정별 석염함유량은 천공공정이 2.645%, 운반공정이 3.709%, 소할공정에서 6.350%로 확인되었으며, 소할공정이 다른 두 공정에 비해 1.5 배 이상 높은 함유량을 보였으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(Table 3). 호흡성분진 중 석영함유량 의 기하평균은 3.163%으로 나타났다. 공정별로 구분 하면 천공공정이 2.629%, 운반공정은 2.827%, 소할 공정에서는 5.225%로 나타났다. 역시 소할 공정이 천공공정과 운반공정보다 높게 나타났으나 통계적 유의성은 없었다.
5. 호흡성 석영 농도에 영향을 미치는 요인
호흡성분진 중 석영 농도에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위하여 독립변수로 온도, 습도, 공정을, 종 속변수를 석영 농도로 설정하여 다중회귀분석을 실 시한 결과는 Table 4와 같다. 그 결과 온도와 공정은 영향 요인이 아니었고, 상대 습도가 호흡성분진 중 석영 농도에 영향을 미치는 것으로 확인되었다 (p<0.05).
Ⅳ. 고 찰
석영이 함유된 분진은 석재가공, 주물, 요업, 벽돌, 유리제조 등의 제조업과 광업에서 주로 발생된다는 것은 이미 알려져 있는게 사실이다(Balaan & Banks, 1995; Smith, 1992; Kelly, 1995; IARC, 1997). 그러나 NiJ et al.(2002)은 건설현장에서도 충분히 석영에 노 출될 수 있으며, 건설 근로자들이 규폐증에 대한 잠 재적인 위험이 있는 것으로 보고하였다. 건설업의 경 우 석영이 함유된 분진이 도로 절삭, 콘크리트의 연 마 및 가공, 절단 등 다양한 공정에서 발생되고 있으 며(Rapport et al., 2003), NIOSH는 미국에서 170만 명 이상의 노동자들이 석영에 노출 될 것으로 추정 하였고, 그 중 대부분이 건설현장에 종사하는 근로자 로 판단하였다(Oliver & McMahill, 2006). 우리나라 는 1960년대까지 대부분의 진폐증이 광업 종사 근로 자들에게서 발생되었으나, 최근에는 제조업뿐만 아 니라 건설업 근로자들에게도 적지 않게 발생되고 있 다(Jang et al., 2004). 그럼에도 건설업의 특성상 공 사기간이 다양하고, 종사 근로자의 잦은 변동 및 작 업시간이 불규칙할 뿐만 아니라 현장 접근이 용이하 지 않다는 이유로 우리나라에서는 건설업 종사자를 대상으로 한 노출평가가 거의 이루어지고 있지 않다.
본 연구는 건설공사에 있어 기초인 토공사에서 발 생하는 공기 중 분진 및 석영에 대한 노출평가를 실 시하였다. 토공사의 경우 자연 그대로 있는 다양한 종류의 암석, 흙, 모래 등을 대상으로 다양한 공정을 통해 작업이 이루어지기 때문에 많은 양의 분진이 발생될 것으로 예측하였다. 이런 이유로 본 연구에서 는 호흡성분진뿐만 아니라 총분진도 채취하였고, 각 각 석영의 농도와 함유량을 파악하였다. 그 결과 총 분진의 기하평균 농도는 0.2007 mg/㎥, 천공공정 0.356 mg/㎥으로 나타났다. 이는 농도 수준을 직접 비교하기에 다소 무리는 있지만 천공공정과 유사한 건설업의 햄머드릴 작업 시 기하평균 농도를 3.22 mg/㎥로 제시한 Jang et al.(2004)의 결과에 비해서는 상당한 낮은 수준이었다. 이러한 이유는 햄머드릴의 경우 근로자의 호흡기에 직접적으로 분진이 노출되 며, 토공사의 천공공정의 경우 작업시간이 짧고 근로 자가 작업 시 상주하고 있지 않은 점과 간헐적인 살 수작업으로 인한 분진저감 등으로 인해 차이가 발생 된 것으로 판단된다. 또한, 공기 중 호흡성분진 농도 는 0.1267 mg/㎥로 확인되었으며, 역시 동종 공사의 분진에 대한 노출수준에 대한 연구가 없어 그 결과 를 직접적으로 비교할 수는 없었지만, Lee(2012)의 건설업 석재 시공 작업을 대상으로 한 연구결과 호 흡성분진의 농도 0.118 mg/㎥와는 유사한 수준으로 나타났다.
현재 우리나라 석영의 노출기준은 호흡성분진으로 0.05 mg/㎥이며, 본 연구결과 호흡성분진 중 석영의 농 도는 0.004 mg/㎥로 나타났다. 이는 Woskie et al.(2002) 이 조사한 외국의 고속도로 건설작업에서 호흡성분진 중 석영농도 0.026 mg/㎥, Mieke et al.(2001)이 건설업 을 직종별로 구분하여 분석한 견출공(0.7 mg/㎥), 조적 공(0.04 mg/㎥) 및 타설공(1.1 mg/㎥)보다 상대적으로 낮은 수준이었다. 이러한 이유로 건설업은 다양한 작 업 및 직종별에 따라 분진 노출수준 차이가 상당하고, 본 연구는 농도가 다소 낮게 포집되는 지역시료 채취방 법을 사용하였기 때문으로 생각된다. 또한, 토공사의 경우 작업에 따라 순간적으로 과도한 분진의 노출이 있고, 그 후 대부분은 간접적으로 노출되는 특성에 의 한 차이로 추정된다. 또한, 총분진과 호흡성분진 중 석 영의 함유량은 각각 기하평균 3.73%와 3.16%로 큰 차 이를 보이지는 않았다. Bae et al.(2013)이 보고한 콘크
리트 취급사업장 호흡성분진 중 석영함유량 4.31%에 비해서는 낮은 수준을 보였는데 이러한 이유는 콘크리 트사업장인 경우 석영이 다량 함유된 모래 및 골재와 혼합하여 사용하기 때문에 본 연구결과보다 높게 나타 난 것으로 생각된다. 그리고 토공사 현장에서 호흡성 분진 중 석영농도에 영향을 미치는 요인으로는 습도가 낮을수록 석영이 높게 평가 되었다. Kim et al.(2014)의 연구결과 석재 가공업에서도 습도가 석영농도에 영향 요인이라는 점을 감안할 때 업종이 다르더라도 분진 발생을 감소시키기 위해서는 적절한 살수작업을 통한 습도조절이 필요한 것으로 사료된다.
본 연구는 연구 대상 수의 제한으로 토공사현장을 대표하기에는 다소 무리가 있으며 현장접근이 상당 히 어려워 보다 다양한 공정에서 노출평가가 수행되 지 못하였다. 또한, 개인노출평가가 이루어지지 못해 실제 노출수준이 다소 낮게 평가되었을 가능성이 높 다. 그러나 현재까지 국내에서 보고되지 않았던 토공 사 현장에서 석영의 노출수준 등을 제시함으로서 동 종 업종 근로자들의 건강보호를 위한 기초자료로 활 용될 수 있을 것으로 판단된다.
Ⅴ. 결 론
본 연구는 2014년 8월부터 10월까지 충청남도 지 역에서 진행되는 토공사 현장 3개 작업구간을 대상 으로 작업 중 발생하는 분진과 석영의 노출실태를 파악하였다. 그 결과 총분진의 기하평균 농도는 0.2001 ㎎/㎥, 호흡성분진은 0.127 ㎎/㎥이었으며, 총 분진 중 석영의 기하평균 농도는 0.008 ㎎/㎥, 호흡성 분진 중 석영의 농도는 0.0040 ㎎/㎥이었다. 공정별로 는 소할공정이 천공공정 및 운반공정에 비해 석영농 도 및 함유량이 1.5배 이상 높은 것으로 나타났다.
호흡성분진 중 석영농도에 영향을 미치는 요인은 습 도로 나타나 외부 토공사 작업이라 할지라도 농도 저감을 위해서는 적절한 살수작업 등을 통하여 적정 한 습도관리가 요구된다.
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